[发明专利]离子注入工艺的监测试片及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种离子注入工艺的监测试片及监测方法。

背景技术

离子注入工艺是一种通过向衬底中引入可控制数量的杂质，改变该衬底的电学性能的工艺技术，其在现代半导体制造过程中有着广泛的应用。离子注入工艺中，为确保注入杂质后的衬底达到预定的电学性能，对注入的杂质浓度和深度均有严格的要求，为此，通常需要对离子注入工艺进行实时监测。

现有的对离子注入工艺的监测是利用监测试片实现的，在离子注入完成后，先对监测试片进行相应的退火处理，激活所注入的杂质，然后再利用四探针法检测其电阻率，判断注入的杂质浓度和深度是否满足要求。图1为现有的四探针法检测离子注入工艺监测试片的示意图，在p型(或n型)衬底101内进行n型(或p型)离子注入，形成离子注入层102，在快速热退火处理后，利用四探针法对其进行检测，图中110a和110b分别代表了与负、正电极相连的探针。图1中所示为离子注入较深、离子注入层102较厚的情况，此时，因离子注入层102与衬底101的杂质类型相反，且探针只会接触到表面的离子注入层102，测试电流120仅会在离子注入层102内流动，由四探针法测试得到的方块电阻值可以代表本次离子注入工艺中注入的杂质的情况，实现对离子注入工艺的较为准确的监测。

然而，随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，器件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺制作结果的影响也日益突出。以离子注入工艺为例，由于器件尺寸的缩小，结深进一步变浅，利用四探针法对离子注入工艺进行监测出现了一些新的问题。

图2为现有的四探针法检测浅结离子注入工艺监测试片的示意图，如图2所示，当需要形成浅结时，离子注入较浅，形成的离子注入层201也较薄，在退火后，利用四探针法对其进行测试时，探针易穿过该薄层的离子注入层201到达衬底101中，此时，测试电流220不仅会在离子注入层201内流动，还会在衬底101内流动，这样，最终测试得到的方块电阻值实际上是离子注入层201的电阻与衬底101的电阻的并联值。由于离子注入层201很薄，衬底101较厚，衬底101部分的阻值大小通常可以与离子注入层201的阻值大小相比拟，甚至比其更小，即，测试时该衬底101电阻的并入会明显影响到最终的方块电阻测试结果，影响检测结果的准确性。另外，一方面由于片与片之间衬底的掺杂情况通常不一致，另一方面在同一片内测试的探针也不一定全会接触到衬底，因此衬底电阻对测试结果的影响大小实际上不能确定，表现为四探针法测试方块电阻的结果重复性较差，这必然会影响到对离子注入工艺的监测力。

为提高对离子注入工艺的监测力，申请号为200610071458.1的中国专利申请公开了一种评价用晶片(监测试片)，该评价用晶片内具有多个等密度的评价晶体管，通过在离子注入后对这些评价晶体管进行检测，可以得到评价用晶片内离子注入量的详细分布情况。利用该评价用晶片对离子注入工艺进行监测可以详细监测衬底内的离子注入量的分布情况，在一定程度上提高了对离子注入工艺的监测水平，但该评价用晶片的制作复杂，需要多步工艺制作完成，且不能解决上述实现浅结的离子注入工艺时难以监测的问题。

发明内容

本发明提供一种离子注入工艺的监测试片及监测方法，可以提高现有的对浅结离子注入工艺的监测力。

本发明提供的一种离子注入工艺的监测试片，所述试片具有衬底，所述衬底的杂质类型与待监测的离子注入工艺注入的杂质类型相反，其中，所述衬底内还具有预掺杂层，且所述预掺杂层的杂质类型与所述待监测的离子注入工艺注入的杂质类型相同，所述预掺杂层的厚度大于所述待监测的离子注入工艺的注入深度。

其中，所述预掺杂层的杂质浓度小于所述待监测的离子注入工艺注入的杂质浓度。

其中，所述预掺杂层的厚度不小于500

其中，所述待监测的离子注入工艺注入的杂质类型为n型时，预掺杂层的杂质为磷或砷；所述待监测的离子注入工艺注入的杂质类型为p型时，预掺杂层的杂质为硼。

本发明具有相同或相应技术特征的一种离子注入工艺的监测方法，包括：

提供与待监测的离子注入工艺注入的杂质类型相反的衬底；

在所述衬底内进行预掺杂处理形成预掺杂层，且所述预掺杂层的杂质类型与所述待监测的离子注入工艺注的入杂质类型相同，所述预掺杂层的厚度大于所述待监测的离子注入工艺的注入深度；

对已形成预掺杂层的所述衬底进行所述待监测的离子注入；

对已进行所述待监测的离子注入后的衬底进行热退火处理；